Vnější fotoelektrický jev

Je-li leštěná záporně nabitá zinková deska vystavena ultrafialovému záření, ztratí svůj náboj. Tento jev se označuje jako vnější fotoelektrický jev (fotoefekt, fotoelektrický efekt).

Na základě podrobnějšího bádání z konce 19. století vyplynulo, že fotoefektu lze dosáhnout i u jiných materiálů, ale vždy jen při použití vysokofrekvenčního světla. Každé látce lze přiřadit frekvenci (resp. vlnovou délku), od které lze fotoefekt pozorovat. Pro badatele byl především problém pochopit, jak je možné, že při nižší frekvenci (delší vlnové délce) není možné vyvolat fotoefekt ani při vysoké intenzitě dopadajícího světla.

Vysvětlení podal až v roce 1905 Albert Einstein: Světlo se skládá z částic (fotonů), přičemž energie fotonu je úměrná frekvenci světla. Na uvolnění jednoho elektronu z povrchu ozařované destičky je potřeba určité energie (pochopitelně závislé na použitém materiálu) tzv. výstupní práce. Je-li tedy frekvence, přesněji řečeno odpovídající energie, větší než tato hodnota, je možné z povrchu uvolnit elektron. Z tohoto vysvětlení plyne následující rovnice:

Ekin   =   h f   −   W

Ekin ... maximální kinetická energie uvolněného elektronu
h ..... Planckova konstanta (6,626 · 10-34 Js)
f ..... Frekvence fotonu
W ..... výstupní práce

Následující HTML5-App ukazuje měřicí aparaturu pro určení Planckovy konstanty a výstupní práce. Ze světla rtuťové výbojky se pomocí filtrů vybere jen jedna spektrální čára dané vlnové délky. Toto světlo dopadne na katodu (K) fotoelektronky a vyvolá tam fotoefekt (pokud k němu dojde). Pro určení maximálné kinetické energie emitovaných elektronů je třeba nalézt pomocí nastavení potenciometru tzv. brzdné napětí. To je takové nejmenší napětí, které dokáže zabrzdit emitované elektrony tak, aby již nedolétly na anodu (A). Modrý měřící přístroj zobrazuje hodnotu nastaveného napětí. Zda ještě elektrony dopadají na anodu můžeme poznat z protékajícího proudu na červeném ampérmetru.

Na zeleném panelu můžeme zvolit materiál, ze kterého je vyrobena katoda, vlnovou délku dopadajícího světla a hodnotu elektrického napětí. Výsledky měření se zakreslí vlevo dole do f-U diagramu (frekvence-napětí).

Ze sklonu (směrnic) rovnoběžných přímek obou sérií měření (pro cesium a sodík) lze přímo určit hodnotu Planckovy konstanty. Velikost výstupních prácí pro dané materiály katody (v eV - tzv. elektronvoltech) bezprostředně plyne z průsečíků se svislou osou.

Prohlížeč nepodporuje HTML5-Canvas!